(57)【要約】【課題】  本発明は、原燃料Ｇを燃焼部２１の燃焼ガスＥにより加熱しながら水蒸気改質して水素含有ガスＨを生成する改質部１２と、燃焼部２１の燃焼ガスＥにより水Ｗを加熱して水蒸気Ｓを生成する水蒸気生成部２２と、水素含有ガスＨを燃料電池５０の燃料極５１に供給する供給状態と水素含有ガスＨを燃焼部２１に供給するバイパス状態とを切り替え可能な切替手段２７と、切替手段２７を供給状態として燃料電池５０を運転させる通常運転モードと切替手段２７をバイパス状態として燃料電池５０を停止させる自立運転モードとを有する制御手段６０とを備えた改質装置１０に関し、その目的は、自立運転モードを比較的長時間継続させることができる改質装置を提供する点にある。【解決手段】  制御手段６０が、自立運転モードにおいて、原燃料供給量を定格目標原燃料供給量よりも減少させた自立運転用の自立運転目標原燃料供給量とし、且つ、原燃料供給量に対するスチーム・カーボン比を定格目標スチーム・カーボン比よりも増加させる。【選択図】        図１
2005336029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用燃料を燃焼させる燃焼部と、炭化水素系の原燃料を前記燃焼部の燃焼ガスにより加熱しながら水蒸気により改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質部と、前記燃焼部の前記改質部を加熱した後の燃焼ガスにより水を加熱して前記改質部に供給される水蒸気を生成する水蒸気生成部と、前記水素含有ガスを燃料電池の燃料極に供給する供給状態と前記水素含有ガスを前記燃料電池の燃料極をバイパスさせて前記加熱用燃料として前記燃焼部に供給するバイパス状態とを切り替え可能な切替手段と、前記改質部への原燃料供給量を調整可能な原燃料供給量調整手段と、前記水蒸気生成部への水供給量を調整可能な水供給量調整手段と、前記切替手段を前記供給状態に切り替えて前記燃料電池を運転させる通常運転モードと前記切替手段を前記バイパス状態に切り替えて前記水素含有ガスの生成を継続しながら前記燃料電池を停止させる自立運転モードとを有する制御手段とを備えた改質装置であって、
前記制御手段が、前記自立運転モードにおいて、前記原燃料供給量を、前記燃料電池を定格運転させるときの定格目標原燃料供給量よりも減少させた自立運転用の自立運転目標原燃料供給量とし、且つ、前記原燃料供給量に対する前記水供給量の比率であるスチーム・カーボン比を、前記燃料電池を定格運転させるときの定格目標スチーム・カーボン比よりも増加させた自立運転用の自立運転目標スチーム・カーボン比とするように、前記原燃料供給量調整手段及び前記水供給量調整手段の作動を制御する改質装置。
【請求項２】
前記水素含有ガス流路に、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を酸化触媒に接触させて酸化除去する選択酸化部と、前記選択酸化部に供給される前の水素含有ガスを前記酸化触媒層の温度以下に冷却する冷却部とを備えた請求項１に記載の改質装置。
【請求項３】
前記水素含有ガス流路に、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる変成部、及び、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素に含まれる一酸化炭素を酸化除去する選択酸化部を備えると共に、前記燃焼部と前記改質部と前記変成部と前記選択酸化部とが隣接するもの同士で熱伝導可能なように並設されている請求項１又は２に記載の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の原燃料から燃料電池の燃料極に供給される水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような改質装置は、加熱用燃料を燃焼させる燃焼部と、燃焼部の燃焼ガスにより加熱しながら原燃料を水蒸気により改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質部と、燃焼部の前記改質部を加熱した後の燃焼ガスにより水を加熱して改質部に供給される水蒸気を生成する水蒸気生成部とを備え、上記改質部で生成された水素含有ガスを、水素含有ガス流路を通じて燃料電池の燃料極に供給し、一方、燃料電池の燃料極から排出された水素が残存している燃料オフガスを、燃料オフガス流路を通じて上記加熱用燃料として燃焼部に供給し燃焼させるように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
このような改質装置では、改質部への原燃料供給量を調整可能な調整弁等の原燃料供給量調整手段が設けられており、例えば制御装置等からなる制御手段は、この原燃料供給量調整手段の作動を制御することにより、燃料電池の燃料極への水素含有ガス供給量を燃料電池の出力に合った適切なものに設定することができる。
【０００４】
また、このような改質装置では、水蒸気生成部への水供給量を調整可能な調整弁等の水供給量調整手段が設けられており、例えば制御手段は、この水供給量調整手段の作動を制御することにより、改質部において原燃料に含まれる炭素量に対する水蒸気量の比率（以下、スチーム・カーボン比と呼ぶ。）に対応する原燃料供給量に対する水蒸気生成部への水供給量をその水蒸気改質反応に合った適切なものに設定することができる。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載の改質装置は、水素含有ガスを燃料電池の燃料極に供給する供給状態と水素含有ガスを燃料電池の燃料極をバイパスさせて加熱用燃料として燃焼部に供給するバイパス状態とを切り替え可能な切替手段が設けられており、制御手段が、その切替手段を上記供給状態に切り替えて燃料電池を運転させる通常運転モードと、その切替手段を上記バイパス状態に切り替えて水素含有ガスの生成を継続しながら前記燃料電池を停止させる自立運転モードとを有するように構成されている。そして、改質装置の温度が安定していないために一酸化炭素濃度を低くした水素含有ガスを得れなかったり、燃料電池においてその燃料となる水素含有ガスを受け入れる準備が整っていない起動時等において、上記制御手段は自立運転モードを実施して、燃料電池の燃料極への水素含有ガスの供給を停止すると共に、改質部にて生成された水素含有ガスの全量を燃焼部に供給して燃焼させながら、改質装置の運転を継続することが可能となる。
【０００６】
また、改質装置には、改質部で生成された水素含有ガスが流通する水素含有ガス流路に、改質部から排出された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる変成部、変成部から排出された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素に含まれる一酸化炭素を酸化触媒に接触させて酸化除去する選択酸化部が設けられており、更に、この改質部と変成部と選択酸化部との温度が適切な範囲内に維持されるように、燃焼部と改質部と変成部と選択酸化部とが隣接するもの同士で熱伝導が可能なように並設されている改質装置が知られている（特許文献２を参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２０３６５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５６３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示されている改質装置において、自立運転モードにおいて、原燃料供給量調整手段の作動を制御して改質部への原燃料供給量を定格運転時と同等に設定すると、燃料電池の定格運転時と同等の水素含有ガスがそのまま燃焼室に供給されて燃焼するので、燃焼部における発熱量が定格運転時よりも増加することになる。従って、上記のような改質装置において、このような自立運転モードを一定時間以上継続させると、改質部等の各種処理部の温度が適切な範囲を超え、更には、その各種処理部に設けられた筐体や触媒等の熱損傷が発生するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述した自立運転モードを比較的長時間継続させることができる改質装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る改質装置は、加熱用燃料を燃焼させる燃焼部と、炭化水素系の原燃料を前記燃焼部の燃焼ガスにより加熱しながら水蒸気により改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質部と、前記燃焼部の前記改質部を加熱した後の燃焼ガスにより水を加熱して前記改質部に供給される水蒸気を生成する水蒸気生成部と、前記水素含有ガスを燃料電池の燃料極に供給する供給状態と前記水素含有ガスを前記燃料電池の燃料極をバイパスさせて前記加熱用燃料として前記燃焼部に供給するバイパス状態とを切り替え可能な切替手段と、前記改質部への原燃料供給量を調整可能な原燃料供給量調整手段と、前記水蒸気生成部への水供給量を調整可能な水供給量調整手段と、前記切替手段を前記供給状態に切り替えて前記燃料電池を運転させる通常運転モードと前記切替手段を前記バイパス状態に切り替えて前記水素含有ガスの生成を継続しながら前記燃料電池を停止させる自立運転モードとを有する制御手段とを備えた改質装置であって、その第１特徴構成は、前記制御手段が、前記自立運転モードにおいて、前記原燃料供給量を、前記燃料電池を定格運転させるときの定格目標原燃料供給量よりも減少させた自立運転用の自立運転目標原燃料供給量とし、且つ、前記原燃料供給量に対する前記水供給量の比率であるスチーム・カーボン比を、前記燃料電池を定格運転させるときの定格目標スチーム・カーボン比よりも増加させた自立運転用の自立運転目標スチーム・カーボン比とするように、前記原燃料供給量調整手段及び前記水供給量調整手段の作動を制御する点にある。
【００１１】
上記第１特徴構成によれば、制御手段が切替手段をバイパス状態に切り替えて水素含有ガスの生成を継続しながら燃料電池を停止させる自立運転モードを選択した際に、上記原燃料供給量調整手段の作動を制御して原燃料供給量を燃料電池の定格運転時よりも減少させた上記自立運転目標原燃料供給量とすることで、燃焼部における発熱量が比較的低くなり、更に、上記原燃料供給量調整手段に加えて上記水供給量調整手段の作動を制御してスチーム・カーボン比を燃料電池の定格運転時よりも増加させた上記自立運転目標スチーム・カーボン比とすることで、上記水蒸気生成部において水を加熱して水蒸気とするための熱消費量や改質部において水蒸気の温度を改質処理温度まで上昇させるための熱消費量が相対的に増加することになる。
従って、自立運転モードにおいて、上記のように、燃焼部における発熱量が低下し、更には、水蒸気生成部における熱消費量が増加することにより、改質部等の各種処理部の温度が適切な範囲を超えることを抑制することができ、結果、自立運転モードを、例えば起動時において比較的長時間継続させることができる。
【００１２】
本発明に係る改質装置の第２特徴構成は、前記水素含有ガス流路に、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を酸化触媒に接触させて酸化除去する選択酸化部と、前記選択酸化部に供給される前の水素含有ガスを前記酸化触媒層の温度以下に冷却する冷却部とを備えた点にある。
【００１３】
本発明に係る改質装置は、自立運転モードにおいて、上記原燃料供給量調整手段及び上記水供給量調整手段の作動を制御して、上記スチーム・カーボン比を燃料電池の定格運転時よりも増加させた自立運転目標スチーム・カーボン比とするので、改質部から排出された水素含有ガスには、比較的多くの水蒸気が存在することになり、その水素含有ガスをそのまま上記選択酸化部に供給すると、その水蒸気が酸化触媒表面で結露して、酸化触媒による一酸化炭素の酸化除去能力が低下してしまうことが懸念される。
そこで、上記第２特徴構成によれば、上記冷却部を設け、その冷却部により選択酸化部に供給される前の水素含有ガスを上記選択酸化部の酸化触媒層の温度以下に冷却することで、選択酸化部に供給される水素含有ガスの露点を酸化触媒層の温度以下として、酸化触媒表面における水蒸気の結露を防止し、酸化触媒による一酸化炭素の酸化除去能力を良好なものに維持することができる。従って、一酸化炭素濃度が非常に低い水素含有ガスを得る状態で、自立運転モードを継続させることができ、例えば、上記自立運転モードを終了した直後でも燃料電池の燃料極へ一酸化炭素濃度が非常に低い水素含有ガスの供給を開始することができる。
【００１４】
本発明に係る改質装置の第３特徴構成は、前記水素含有ガス流路に、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる変成部、及び、前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素に含まれる一酸化炭素を酸化除去する選択酸化部を備えると共に、前記燃焼部と前記改質部と前記変成部と前記選択酸化部とが隣接するもの同士で熱伝導可能なように並設されている点にある。
【００１５】
上記第３特徴構成によれば、上記燃焼部と上記改質部と上記変成部と上記選択酸化部とが隣接するもの同士で熱伝導可能なように並設されている場合においても、自立運転モードにおいて、燃焼部における発熱量を低下させ、更には、水蒸気生成部における熱消費量を増加させることにより、改質部の温度が適切な範囲を超えることが抑制されるので、上記変成部及び上記選択酸化部の温度をも適切な範囲を超えることを抑制し、上記変成部及び上記選択酸化部の一酸化炭素の処理能力を良好なものに維持することができる。従って、一酸化炭素濃度が非常に低い水素含有ガスを得る状態で自立運転モードを継続させることができ、例えば、上記自立運転モードを終了した直後でも燃料電池の燃料極へ一酸化炭素濃度が非常に低い水素含有ガスの供給を開始することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す燃料電池システム１００は、天然ガス、液化石油ガス、ナフサ、灯油等の炭化水素系の原燃料Ｇを改質して水素を主成分とする水素含有ガスＨとする改質装置１０と、その水素含有ガスＨと空気Ａとを反応させて発電する燃料電池５０とを備えて構成されている。
【００１７】
改質装置１０には、加熱用燃料を燃焼させる燃焼部２１と、燃焼部２１の燃焼ガスＥにより加熱しながら原燃料Ｇを水蒸気Ｓにより改質して上記水素含有ガスＨを生成する改質部１２と、燃焼部２１の改質部１２を加熱した後の燃焼ガスＥにより水Ｗを加熱して改質部１２に供給される水蒸気Ｓを生成する水蒸気生成部２２とが設けられ、上記改質部１２で生成された水素含有ガスＨを、水素含有ガス流路２６を通じて燃料電池５０の燃料極５１に供給し、一方、燃料電池５０の燃料極５１から排出された水素が残存している燃料オフガスＯを、燃料オフガス流路２９を通じて上記加熱用燃料として燃焼部２１に供給し燃焼させるように構成されている。
【００１８】
更に、改質装置１０には、改質部１２に供給される前の原燃料Ｇを脱硫処理する脱硫部１１と、改質部１２から排出された水素含有ガスＨ中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる変成部１３と、その変成部１３から排出された水素含有ガスＨ中の一酸化炭素を酸化除去する選択酸化部１４とが設けられている。
【００１９】
脱硫部１１は、例えば２００〜３５０℃の範囲の脱硫処理温度で、水素化脱硫触媒の触媒作用により、原燃料Ｇ中の硫黄化合物を水素化し、その水素化物を酸化亜鉛に吸着させて脱硫するように構成されている。ちなみに、脱硫部１１における脱硫反応は発熱反応である。また、脱硫部１１には、上記水素化脱硫触媒としてのニッケル−モリブデン、クロム−モリブデン等の粒状成型体が充填されている。
【００２０】
改質部１２は、脱硫部１１から脱硫後の原燃料Ｇが供給され、例えば６００〜７５０℃の範囲の改質処理温度で、改質触媒の触媒作用により、原燃料Ｇ中の炭化水素（例えばメタン）と水蒸気生成部２２から供給された水蒸気Ｓとを、下記の反応式［化１］に示すように改質反応させて、水素と一酸化炭素を含む水素含有ガスＨを生成するように構成されている。ちなみに、改質部１２における改質反応は吸熱反応である。また、改質部１２には、上記改質用触媒としてのルテニウム、ニッケル、白金等を担持したセラミック製の多孔質粒状体が多数充填されている。
【００２１】
［化１］
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００２２】
燃焼部２１は、原燃料Ｇや後述する燃料オフガスＯ等の加熱用燃料を、燃焼用の空気Ａにより燃焼させるように構成され、その燃焼ガスＥにより改質部１２が加熱され、更には、その改質部１２を加熱した後の燃焼ガスＥにより水蒸気生成部２２が加熱される。
【００２３】
水蒸気生成部２２は、供給された水Ｗを、上記燃焼部２１から供給された燃焼ガスＥにより加熱して、水蒸気Ｓを生成するように構成されている。そして、この水蒸気は、改質部１２に供給される前の原燃料Ｇに供給される。
また、水蒸気生成部２２に供給される水Ｗは、熱交換部１６において、後述する変成部１３から排出され選択酸化部１４に供給される前の水素含有ガスＨとの熱交換により予熱されるように構成されている。
【００２４】
変成部１３は、改質部１２から排出された水素含有ガスＨが供給され、例えば２００〜３００℃の範囲の変成処理温度で、その水素含有ガスＨ中の一酸化炭素と、同じく水素含有ガスＨ中の水蒸気とを、変成触媒の触媒作用により、下記の反応式［化２］に示すように変成反応させて、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成させるように構成されている。ちなみに、変成部１３における変成反応は発熱反応である。また、変成部１３には、上記変成触媒としての鉄・クロム系又は銅・亜鉛系の粒状成型体が充填されている。
【００２５】
［化２］
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2
【００２６】
選択酸化部１４は、変成部１３から排出された水素含有ガスＨが供給され、例えば８０〜１５０℃の範囲の酸化処理温度で、その水素含有ガスＨ中の一酸化炭素を、選択酸化触媒の触媒作用によって、下記の反応式［化３］に示すように選択反応させて、一酸化炭素を除去するように構成されている。ちなみに、選択酸化部１４における酸化反応は発熱反応である。また、選択酸化部１４には、上記選択酸化用触媒としての白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属が担持されたセラミック製の多孔質粒状体が多数充填されている。
【００２７】
［化３］
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2
【００２８】
そして、上記のように改質装置１０の選択酸化部１４から排出された水素含有ガスＨは、一酸化炭素濃度の非常に低い（例えば１０ｐｐｍ以下）ものとなり、この水素含有ガスＨが燃料電池５０の燃料極５１に供給される。
【００２９】
更に、改質装置１０は、図２に示すように、燃焼部２１と改質部１２と変成部１３と選択酸化部１４と、更には脱硫部１１と水蒸気生成部２２等の各種処理部が、隣接するもの同士で熱伝導可能なように並設して構成されている。
【００３０】
即ち、改質装置１０は、最も高温に維持する必要のある改質部１２が燃焼部２１に隣接して配置されていると共に、最も低温に維持する必要のある選択酸化部１４が最も燃焼部２１から遠い位置に配置され、更に、改質部１２と選択酸化部１４との間に、それら改質部１２の温度と選択酸化部１４の温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部１１と変成部１４とが温度の高い順に改質部１２側から配置されており、燃焼部２１の改質部１２側とは反対側には、断熱材を挟んで水蒸気生成部２２が配置されている。
【００３１】
そして、上記各処理部間における伝熱状態と、選択酸化部１４側のファン６２による放熱状態等を適宜設定することにより、余分なエネルギを消費することなく、燃焼部２１の燃焼量を調整して、改質部１２を適正な改質処理温度を制御するだけで、その他の脱硫部１１、変成部１３、選択酸化部１４、水蒸気生成部２２を適正な温度に維持することができる。
【００３２】
尚、上記改質装置１０における各種処理部は、積層配設された扁平容器内に構成したり、多重に設けられた筒状体の間の空間内に構成することができる。また、各種処理部は、上記のように隣接するもの同士で伝熱可能なように並設することなく、個別に設けても構わない。
【００３３】
燃料電池５０は、高分子膜を電解質５３とする固体高分子形であり、改質装置１０から燃料極５１に供給される水素含有ガスＨ中の水素と、空気極５２に供給される空気Ａ中の酸素との電気化学反応により発電するように構成してある。
【００３４】
また、上記燃料電池５０の燃料極５１から排出された燃料オフガスＯ中には、燃料極５１において消費されなかった水素が残存した状態であるため、その燃料オフガスＯは、燃焼室２１に加熱用燃料として供給されて燃焼する。
【００３５】
改質装置１０には、改質部１２への原燃料Ｇの供給量を調整可能な原燃料供給量調整手段としての原燃料供給量調整弁２４が設けられている。そして、この原燃料供給量調整弁２４により、原燃料Ｇの供給量を調整することで、燃料電池５０の燃料極５１への水素含有ガスＨの供給量が調整される。
【００３６】
また、改質装置１０には、水蒸気生成部２２への水Ｗの供給量を調整可能な水供給量調整手段としての水供給量調整弁２５が設けられている。そして、この水供給量調整弁２５により水Ｗの供給量を調整することにより、改質部１２への水蒸気Ｓの供給量が調整される。
【００３７】
更に、改質装置１０の運転を制御する制御手段として、コンピュータからなる制御装置６０が設けられており、この制御装置６０は、燃料電池５０の燃料極５１に水素含有ガスＨを供給して電力を生成させる通常運転モードを有し、その通常運転モードにおいて、この原燃料供給量調整弁２４及び水供給量調整弁２５の作動を制御することにより、燃料電池５０の燃料極５１への水素含有ガスＨの供給量を燃料電池５０の出力に合った適切なものに設定すると共に、改質部１２におけるスチーム・カーボン比に対応する原燃料Ｇの供給量に対する水蒸気生成部２２への水Ｗの供給量の比率（以下、水供給量比率と呼ぶ。）を水蒸気改質反応に合った適切なものに設定するように構成されている。
【００３８】
ちなみに、上記制御装置６０は、上記通常運転モードにおいて、燃料電池５０の目標出力に基づいて改質装置１２への目標原燃料供給量を決定し、例えば流量センサ（図示省略）で検出した実際の原燃料供給量がその目標原燃料供給量となるように、原燃料供給量調整弁２４の開度を制御することにより、改質装置１２への原燃料供給量を燃料電池５０の出力に合った目標原燃料供給量に設定するように構成されている。即ち、通常運転モードにおいて、原燃料供給量は、燃料電池５０の目標出力が増加するほど増加するように設定され、燃料電池５０の出力が最大とされる定格運転時には、原燃料供給量は最大の定格目標原燃料供給量に設定される。
尚、原燃料供給量調整弁２４の開度を、原燃料供給量調整弁２４の開度と原燃料供給量との相関関係に基づいて制御して、原燃料供給量を目標原燃料供給量に設定しても構わない。
【００３９】
また、制御装置６０は、上記通常運転モードにおいて、改質部１２において適切な目標スチーム・カーボン比となるような目標水供給量を決定し、例えば流量センサ（図示省略）で検出した実際の水供給量の目標原燃料供給量に対する比率がその目標スチーム・カーボン比となるように、水供給量調整弁２５の開度を制御することにより、上記水供給量を上記目標水供給量に設定するように構成されている。即ち、燃料電池５０の定格運転時及び定格運転から出力を低下させた全ての運転時において、上記水供給量は、略一定の定格目標スチーム・カーボン比を保つ水供給量に設定される。
尚、水供給量調整弁２５の開度を、水供給量調整弁２５の開度と水供給量との相関関係に基づいて制御して、水供給量を目標水供給量に設定しても構わない。
【００４０】
上記のように構成された改質装置１０は、改質装置１０の温度が安定していないために一酸化炭素濃度を低くした水素含有ガスＨが得られなかったり、燃料電池５０においてその燃料となる水素含有ガスＨを受け入れる準備が整っていない起動時等において、改質部１２にて生成された水素含有ガスＨの全量を、燃料電池５０の燃料極５１に供給することなく燃焼部２１に供給して燃焼させ、水素含有ガスＨの生成を継続しながら燃料電池５０を停止させる所謂自立運転を実行可能に構成されており、以下、その詳細構成について説明する。
【００４１】
改質装置１０には、水素含有ガス流路２６と燃料オフガス流路２９とを接続するパイパス流路２８が設けられ、更には、水素含有ガス流路２６を流通する水素含有ガスＨを燃料電池５０の燃料極５１に供給する供給状態と、その水素含有ガスＨを燃料電池５０の燃料極５１をバイパスさせてバイパス流路２８及び燃料オフガス流路２９を通じて加熱用燃料として燃焼部２１に供給するバイパス状態とを切り替え可能な切替手段として、水素含有ガス流路２６の水素含有ガスＨの流通方向を燃料電池１０の燃料極５１へ向かう方向とバイパス流路２８側へ向かう方向とに切り替える三方切替弁２７が設けられている。
【００４２】
更に、制御装置６０は、通常運転モード以外に自立運転モードを有し、その自立運転モードにおいて、三方切替弁２７をバイパス状態に切り替えて、水素含有ガス流路２６の水素含有ガスＨの流通方向をバイパス流路２８側へ向かう方向に切り替えると共に、原燃料供給量調整弁２４及び水供給量調整弁２５の開度を制御して、原燃料供給量を定格目標原燃料供給量よりも減少させた自立運転用の自立運転目標原燃料供給量とすると共に、スチーム・カーボン比を定格目標スチーム・カーボン比よりも増加させた自立運転目標スチーム・カーボン比として、燃料電池５０の運転を停止した状態で、改質装置６０による水素含有ガスＨの生成を継続するように構成されている。
【００４３】
即ち、上記自立運転モードにおいて、原燃料供給量を上記自立運転目標原燃料供給量とすることで、燃焼部２１における発熱量を比較的低くし、更に、スチーム・カーボン比を上記自立運転目標スチーム・カーボン比とすることで、上記水蒸気生成部２２において水を加熱して水蒸気とするための熱消費量や改質部１２において水蒸気の温度を改質処理温度まで上昇させるための熱消費量を相対的に増加させることができ、結果、改質装置１０の改質部１２等の温度が適切な範囲を超えることを抑制しながら、自立運転モードを比較的長時間継続させることができる。
【００４４】
更に、改質装置１０には、熱交換器１６から選択酸化部１４に供給される水素含有ガスＨを選択酸化部１４における酸化触媒層の温度以下に冷却する冷却部１８を設けることができ、この冷却部１８により選択酸化部１４に供給される水素含有ガスＨの露点を、上記酸化触媒層の温度以下として、選択酸化部１４における酸化触媒表面における水蒸気の結露が防止することができる。
また、冷却部１８により冷却されることで生成された凝縮水は、気液分離部１９を介して外部に排出される。
尚、上記水素含有ガスＨの露点を低下させなくても問題ない場合には、上記冷却部１８及び気液分離部１９を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】燃料電池システムの概略構成図
【図２】改質装置の伝熱状態を説明する図
【符号の説明】
【００４６】
１０：改質装置
１１：脱硫部
１２：改質部
１３：変成部
１４：選択酸化部
１８：冷却部
１９：気液分離部
２１：燃焼部
２２：水蒸気生成部
２４：原燃料供給量調整弁（原燃料供給量調整手段）
２５：水供給量調整弁（水供給量調整手段）
２６：水素含有ガス流路
２７：三方切替弁（切替手段）
２８：パイパス流路
２９：燃料オフガス流路
５０：燃料電池
５１：燃料極
６０：制御装置（制御手段）
Ａ：空気
Ｅ：燃焼ガス
Ｇ：原燃料
Ｈ：水素含有ガス
Ｏ：燃料オフガス
Ｓ：水蒸気
Ｗ：水
【図１】
2005336029.tif 000003
【図２】
2005336029.tif 000004